干冰即固态二氧化碳。干冰是一种无色、无味、无毒的固体物质,它在常温常压下会直接升华成气态二氧化碳,而不会经过液态阶段。这种独特的物理性质使得干冰在许多领域都有广泛的应用。
干冰广泛应用于人工降雨、舞台表演、食品保鲜等领域。例如,在人工降雨中,干冰通过升华吸收大量热量,使空气中的水蒸气凝结成水滴或冰晶,从而形成降雨。
物理性质:白色晶体,常温下易升华,汽化热高,在常压下升华时可使周围温度迅速下降,因此干冰在空气中升华时会液化甚至进一步凝结空气中的水蒸气,形成的水蒸气液滴或小冰晶附着在空气中的灰尘上形成我们可见的白色烟雾。干冰晶体结构为简单立方,属于分子晶体。单个的二氧化碳分子以不同的取向位于立方体的顶点和面心上,堆积形成干冰晶体。
化学性质:干冰的化学性质稳定,无味无毒,不可燃烧,也不支持燃烧。但空气中若二氧化碳含量过高会刺激呼吸系统引起呼吸加快产生窒息的危险(即缺氧)。二氧化碳热稳定性很高(2000℃时仅有1.8%分解)。干冰属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性,与水反应生成碳酸。
人工降雨
1946年,美国人Schaefer和Vonnegut发现干冰和碘化银可作为高效的冷云催化剂,1947年4月开始进行飞机在云中播撒干冰的试验。此后,干冰被越来越多地应用在人工降雨领域。干冰人工降雨的原理是通过将干冰装入炮筒中打至指定区域,干冰撒入空中迅速升华,吸收大量热量,使空气中的水蒸气液化凝聚,形成雨滴落下。
清洗行业
干冰清洗主要有以下三种原理:
“能量转移”:干冰高速撞击到被清洗表面,撞击动能散逸,干冰粒与清洗表面发生极其快速的热转移,二氧化碳瞬间升华,污垢骤冷收缩、脆化而被冲下。
“低温龟裂”:不同热膨胀系数的两种不同材料,它们之间的温差会破坏两种材料间的结合。干冰粒(-78.5℃)冲击处理物表面,使污垢冷冻至脆化及爆裂,产生“龟裂”,影响粘附污垢的机械性能,使污垢脱落。
“微爆炸”:干冰粒钻进污垢裂缝后,在几千分之一秒内升华,其体积瞬间膨胀600~800倍,将污垢剥离物件表面。
冷链运输
① 血浆、疫苗等特殊药品的低温运输;
② 电子低温材料,精密元器件的长短途运输;
③ 高档牛羊肉、海鲜等高档食品的保鲜运输。